基坑支护结构深层水平位移监测最佳间距设置的研究

1、       基坑支护结构深层水平位移监测最佳间距设置的研究                     摘要：目前基坑工程中的桩体深层水平位移监测主要依靠测斜管和测斜仪完成。实际工程中一般采用0.5m的监测间距，而当桩身较长时，深层水平位移监测就会成为一项费时费力的工作。如果能够将监测设点的密集度降低，无疑可以节省较大的人工和时间成本。然而，桩体水平位移线形可有多种形式

2、，不同形式的曲线危险点出现位置均不一致。因此，如何在扩大测试间距的同时保证测得数据不会漏掉关键的测试点成为一个重要难题。本文基于多组基坑桩体深层水平位移的监测数据进行了研究，对不同线形水平位移测试结果进行了隔点提取分析。利用不同间距的水平位移测试数据以spline插值函数插值得到以0.5m为间距的测点结果，并与实际0.5m为间距的测试结果进行对比，对增加测点间距监测的可能性进行了讨论。关键词：基坑支护；深层水平位移；spline插值；最佳间距1研究方法和数据处理基坑支护结构深层水平位移是基坑监测的重要项目之一，在深基坑监测过程中确保数据准确性的同时，通过减小监测间距可达到节省时间和人工成本的目

3、的。定义为：蝶形、反s形、开口形、抛物线形以及激凸形5大类。分析时，对原有间隔为0.5m的测试数据进行隔点提取，分别将间距为1.0m、1.5m和2.0m的数据提取出来进行spline插值；插值后的曲线用于与原曲线进行对比。不同形状的测斜曲线在应用spline插值方法补全数据的同时，可能存在不同程度的偏离情况。因此，对不同形状的测斜数据分别以不同间隔点进行插值处理，以便于分类讨论。通过观察上述不同类型测斜曲线的不同间距数据插值结果可以发现，1.5m和2.0m两种测点间距无论何种测斜曲线形，利用spline插值后的曲线数据与0.5m间距曲线数据对比偏差都过大，因此，以上两种测试间距在实际工程中都不

4、具备实现的可能性。只有测点间距设置为1.0m时，利用spline插值得到的完整曲线与0.5m间距测得数据的spline插值曲线相符度较高。尤其是开口形和抛物线型两种，1.0m间距和0.5m间距的spline插值曲线几乎看不出偏差。为更全面地考察扩大间距监测的合理性，需要对蝶形、s形和激凸形这3种线形的数据进行进一步的偏差分析。2曲线偏差的应力反分析对上述蝶形、s形和激凸形3种线形测点数据的插值进行偏差分析，利用abaqus的应力分析模块进行。首先，在1.0m间距测点数据经spline插值得到的完整曲线中提取出间距为0.5m的水平位移数据点；再参考位移法，利用提取得到的数据点和以0.5m间距测得

5、的原始数据点分别建立梁单元水平位移模型，利用数据点的水平位移作为位移边界条件施加在梁单元上，对其受力情况进行反分析。其中，考虑到监测数据为到达某一深度停止而并非全长，因此将梁单元相当于桩底位置处设立仅限制纵向位移（重力方向）的单向约束。梁单元的局部坐标在长度方向上选为与整体坐标的y轴正方向一致。从计算结果的变形曲线来看，2种数据分析得到的桩身变形曲线相符程度较高，看不出明显线形差别。就应力计算结果来看，无论时大主应力还是小主应力（分别代表着梁单元截面上的最大受拉和受压应力），1.0m间距得到的计算结果均小于0.5m间距结果。这说明，蝶形数据扩大间距测量得到的结果在应力分析中偏于危险。但就最危险

6、点的分布位置来看，0.5m计算云图的大主应力最大区域为15.6342016.16907m，而1.0m的计算结果则为14.7329516.30709m间；0.5m计算云图的小主应力最大区域为18.3544318.92040m，而1.0m的计算结果则为18.3898118.98198m。这表明，蝶形组利用1.0m间距数据找到的桩体最不利位置范围基本可以包含0.5m数据求得的最不利位置。与蝶形组类似，从计算结果的变形曲线来看，反s形的2种间距数据分析得到的桩身变形曲线相符程度也很好，看不出明显线形差别。就应力计算结果来看，无论是大主应力还是小主应力（分别代表着梁单元截面上的最大受拉和受压应力），1.

7、0m间距得到的计算结果均小于0.5m间距结果。这说明，反s形数据扩大间距测量得到的结果在应力分析中也偏于危险。至于其最危险点的分布位置，0.5m计算云图的大主应力最大区域为14.4578514.67916m，1.0m的计算结果则为14.3735015.07411m；0.5m计算云图的小主应力最大区域为20.9215421.05038m，而1.0m的计算结果则为20.4373520.63062m。这表明，反s形组利用1.0m间距数据找到的桩体最不利位置范围也可以包含0.5m数据求得的最不利位置。利用spline插值方法补全数据，可以使得到的数据与0.5m间距测斜数据保持一致的线形。此外，虽然反s

8、形和蝶形的0.5m间距和1.0m间距测斜数据spline曲线存在个别误差较大点，但对其用于预测桩体最不利位置的影响不十分明显；利用1.0m测斜数据spline插值得到的位移数据进行应力反分析找寻最不利位置的结果可以包含0.5m组分析得到的最不利位置。但是，扩大间距测试并利用spline插值补缺数据也存在一定的缺陷。如第二节所述，spline插值方法线性与挠度曲线相一致，若桩体材料均质均匀则线性应多表现为开口形和抛物线形等较光滑的曲线。因此，本文蝶形和反s形中扩大间距的spline曲线显示的数据偏差，可能是由于桩体制作时的初始缺陷引起的水平位移凸变点而导致的。3结论为了在深基坑工程深层水平位移监

9、测中适当增加监测间距，以达到降低时间成本、人工成本及劳动强度的目的。本文利用spline插值的方法分别对1.0m、1.5m、2.0m测试间距的多种测斜数据进行插值处理，然后将spline插值完成的数据分别与0.5m测试间距的实测水平位移数据进行对比。在数据对比过程中发现，只有开口形和抛物线形的1.0m间距spline插值曲线与其对应的0.5m测试间距水平位移实测曲线相符性较高，另外的蝶形、反s形和激凸形3种线形的插值曲线与0.5m测试间距的数据偏差较大。为了进一步验证数据的相符性，本文对蝶形、反s形和激凸形3种曲线采用abaqus的应力分析模块进行了应力反分析验算；通过上述几种不同类型的插值数

10、据与0.5m测试间距的水平位移实测数据的对比分析结果得出以下主要结论：当测斜曲线不存在明显激凸点时，以1.0m间距的监测数据进行有限元应力反分析找出的桩身最危险点所在位置，与0.5m间距监测数据进行反分析得到的最危险点位置吻合度较高。因此，以1.0m为间距替代0.5m间距进行监测以控制工程的安全是具有一定可行性的。若扩大间距测得的测斜结果显示的位移变化曲线存在明显的激凸形状，即明显区别于三次幂函数线形的凸起点，则说明桩体可能存在明显的初始缺陷，应增加测点补充监测以全面监控桩体变形。利用扩大间距测得的测斜结果进行spline插值补充后，再进行有限元应力反分析得到的应力偏小于0.5m间距数据的计算结果，应考虑乘以一定的扩大系数后再进行分析和设计计算，以保证工程安全。本文所用最短桩的测点长度为21.5m，而1.0m的测试间距大于最短桩总测试长度的4.5%，可见本文所用分析数据均为桩身较长的情况。因此，本文所得结论适用于测点深度在21.5m以